【CSharp】抽象类和接口详解

本文最后更新于 2025-05-17，文章可能存在过时内容，如有过时内容欢迎留言或者联系我进行反馈。

抽象类（Abstract Class）

概念

不能实例化：抽象类不能被实例化，它通常作为基类存在，为子类提供一套通用的接口和部分实现。

包含实现：抽象类可以包含具体的方法实现和抽象方法。抽象方法必须在子类中被重写。
单继承：一个类只能继承自一个抽象类（C#中不支持多重继承）。

应用场景

当你希望提供一个通用的基类，该基类定义了一些子类共有的方法实现，并且还有一些方法需要由子类提供具体实现时，使用抽象类是一个不错的选择。

示例

示例1：图形基类

namespace App01
{
    // 抽象的图形基类
    public abstract class Shape
    {
        // 抽象方法：计算面积
        public abstract double Area();

        // 具体实现的方法：显示形状信息
        public void Display()
        {
            Console.WriteLine("This is a shape.");
        }
    }

    // 圆形类，继承自Shape
    publicclass Circle : Shape
    {
        publicdouble Radius { get; set; }

        // 重写抽象方法：计算圆的面积
        public override double Area()
        {
            return Math.PI * Radius * Radius;
        }
    }

    // 矩形类，继承自Shape
    publicclass Rectangle : Shape
    {
        publicdouble Width { get; set; }
        publicdouble Height { get; set; }

        // 重写抽象方法：计算矩形的面积
        public override double Area()
        {
            return Width * Height;
        }
    }
    internal class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            Circle circle = new Circle();
            circle.Radius = 5;
            Console.WriteLine("The area of the circle is {0}.", circle.Area());

            Rectangle rectangle = new Rectangle();
            rectangle.Width = 4;
            rectangle.Height = 6;
            Console.WriteLine("The area of the rectangle is {0}.", rectangle.Area());
        }
    }
}

说明：

Shape类是一个抽象类，包含一个抽象方法Area()和一个具体方法Display()。
Circle和Rectangle类继承自Shape，并实现了Area()方法。

示例2：动物基类

namespace App02  
{
    // 抽象的动物基类
    public abstract class Animal
    {
        // 抽象方法：发出叫声
        public abstract void MakeSound();

        // 具体方法：共同的行为
        public void Sleep()
        {
            Console.WriteLine("The animal is sleeping.");
        }
    }

    // 狗类，继承自Animal
    publicclass Dog : Animal
    {
        public override void MakeSound()
        {
            Console.WriteLine("Dog barks: Woof!");
        }
    }

    // 猫类，继承自Animal
    publicclass Cat : Animal
    {
        public override void MakeSound()
        {
            Console.WriteLine("Cat meows: Meow!");
        }
    }
    internal class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            // 创建Dog对象
            Dog dog = new Dog();
            // 调用Dog的共同行为
            dog.Sleep();
            // 调用Dog的叫声
            dog.MakeSound();
            // 创建Cat对象
            Cat cat = new Cat();
            // 调用Cat的共同行为
            cat.Sleep();
            // 调用Cat的叫声
            cat.MakeSound();
        }
    }
}

说明：

Animal类定义了共有的行为Sleep()，并要求子类实现MakeSound()方法。

接口（Interface）

概念

完全抽象：接口只能包含方法、属性、事件、索引器的声明，不能包含任何实现。
多实现：一个类可以实现多个接口，实现接口即需要实现其所有成员。
成员默认是公共的：接口成员默认是公共的，不能包含访问修饰符。

应用场景

当你希望定义一组不相关类之间的通用行为契约，并且不涉及实现细节时，接口是最好的选择。

示例

示例1：可绘制和可变形

namespace App01
{
    // 可绘制的接口
    public interface IDrawable
    {
        void Draw();
    }

    // 可变形的接口
    public interface ITransformable
    {
        void Rotate(double angle);
        void Scale(double factor);
    }

    // 实现了IDrawable和ITransformable的形状类
    publicclass TransformableShape : IDrawable, ITransformable
    {
        public void Draw()
        {
            Console.WriteLine("Drawing the shape.");
        }

        public void Rotate(double angle)
        {
            Console.WriteLine($"Rotating the shape by {angle} degrees.");
        }

        public void Scale(double factor)
        {
            Console.WriteLine($"Scaling the shape by a factor of {factor}.");
        }
    }
    internal class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            TransformableShape shape = new TransformableShape();
            shape.Draw();
            shape.Rotate(45);
            shape.Scale(2.0);
            Console.ReadKey();
        }
    }
}

说明：

IDrawable和ITransformable是两个接口，定义了绘制和变形的行为。
TransformableShape类实现了这两个接口，必须提供所有方法的实现。

示例2：数据存储接口

namespace App02
{
    // 数据存储接口
    public interface IDataStore
    {
        void Save(string data);
        string Load();
    }

    // 本地文件存储类
    publicclass FileDataStore : IDataStore
    {
        public void Save(string data)
        {
            Console.WriteLine("Saving data to file.");
            // 实际的文件保存逻辑
        }

        public string Load()
        {
            Console.WriteLine("Loading data from file.");
            // 实际的文件加载逻辑
            return"Data from file";
        }
    }

    // 云端存储类
    publicclass CloudDataStore : IDataStore
    {
        public void Save(string data)
        {
            Console.WriteLine("Saving data to cloud.");
            // 实际的云保存逻辑
        }

        public string Load()
        {
            Console.WriteLine("Loading data from cloud.");
            // 实际的云加载逻辑
            return"Data from cloud";
        }
    }
    internal class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            // 选择存储方式
            IDataStore dataStore = new FileDataStore();
            // 保存数据
            dataStore.Save("Some data");
            // 加载数据
            string loadedData = dataStore.Load();
            Console.WriteLine("Loaded data: " + loadedData);
        }
    }
}

抽象类与接口的组合使用

有时，我们可以将抽象类和接口结合起来使用，以充分利用它们的优势。

示例：动物行为

namespace App03
{
    // 抽象的动物类
    public abstract class Animal
    {
        public abstract void Eat();

        public void Breathe()
        {
            Console.WriteLine("Animal breathes.");
        }
    }

    // 可移动的接口
    public interface IMovable
    {
        void Move();
    }

    // 可飞行的接口
    public interface IFlyable
    {
        void Fly();
    }

    // 狗类，继承自Animal并实现IMovable接口
    publicclass Dog : Animal, IMovable
    {
        public override void Eat()
        {
            Console.WriteLine("Dog eats.");
        }

        public void Move()
        {
            Console.WriteLine("Dog runs.");
        }
    }

    // 鸟类，继承自Animal并实现IMovable和IFlyable接口
    publicclass Bird : Animal, IMovable, IFlyable
    {
        public override void Eat()
        {
            Console.WriteLine("Bird eats.");
        }

        public void Move()
        {
            Console.WriteLine("Bird walks.");
        }

        public void Fly()
        {
            Console.WriteLine("Bird flies.");
        }
    }
    internal class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            // 创建Dog对象并调用方法
            Dog dog = new Dog();
            dog.Eat();
            dog.Breathe();
            dog.Move();
            // 创建Bird对象并调用方法
            Bird bird = new Bird();
            bird.Eat();
            bird.Breathe();
            bird.Move();
            bird.Fly();
            Console.ReadKey();
        }
    }
}

说明：

Animal是一个抽象类，定义了所有动物的共有行为。
IMovable和IFlyable是接口，定义了可移动和可飞行的行为。
Dog类继承自Animal并实现了IMovable接口。
Bird类继承自Animal并实现了IMovable和IFlyable接口。

总结

抽象类和接口的区别

特性	抽象类	接口
实例化	❌ 不能实例化	❌ 不能实例化
实现内容	✅ 可包含具体方法和抽象方法	❌ 仅声明成员，无实现
继承/实现数量	单继承（一个子类只能继承一个父类）	多实现（一个类可实现多个接口）
成员访问修饰符	支持（如`public`、`protected`）	成员默认`public`，不可显式修饰
字段/属性	✅ 可定义字段、属性	❌ 只能声明属性（无字段）
设计目的	提供代码复用和部分通用逻辑	定义行为契约，实现多态

组合使用场景

结合优势：抽象类提供基础实现，接口扩展额外功能。
- 示例：
  - Animal抽象类定义Eat()和Breathe()。
  - IMovable和IFlyable接口分别定义移动和飞行能力。
  - Dog继承Animal并实现IMovable。
  - Bird继承Animal并实现IMovable和IFlyable。

何时选择？

抽象类：聚焦于代码复用和层次化设计，适合“是什么”（Is-A）关系。
接口：聚焦于行为契约和功能扩展，适合“能做什么”（Can-Do）关系。
组合使用：通过抽象类提供基础能力，接口扩展多样化功能，实现灵活设计。